Вычислите оценку спектральной степени входного сигнала во временной области, используя блок Spectrum Estimator. Блок использует один из следующих методов, чтобы вычислить оценку спектра степени:
Метод Уэлча усредненных модифицированных периодограмм
Метод банка фильтров
Этот пример использует метод Welch для усредненных модифицированных периодограмм. Для примера, который использует метод оценки спектра на основе банка фильтров, см. «Спектральный анализ высокого разрешения». Этот же пример также показывает сравнение между оценщиком группы фильтров и спектральным оценщиком на основе Уэлча. Обычно оценка спектра на основе фильтра приводит к лучшему разрешению при меньших спектральных утечках, более точном peaks и более точном шумовом перекрытии.
Для получения дополнительной информации об алгоритме этих двух методов смотрите раздел 'Алгоритмы' в блоке Spectrum Estimator.
Блок Spectrum Estimator полезен, если вам нужен прямой доступ к предполагаемому спектру (а не просто его визуализация). Спектр выход степени может использоваться как вход в другие блоки вашей модели или может быть записан в рабочую область для постобработки. Чтобы визуализировать спектры, используйте блок Scope Analyzer.
В методе Welch входные данные временной области разделяются на сегменты данных на основе выбранной длины окна и процента перекрытия. Этот этап реализован с использованием блока Buffer. Окно применяется к каждому сегменту, и затем усредненная периодограмма вычисляется на основе оконных последовательностей. Этот этап реализован с помощью dsp.SpectrumEstimator Системные object™. Длина сегментов данных и выбор окна определяют разрешение полосу пропускания оценки (RBW), которая является наименьшей положительной частотой, которая может быть разрешена в степень спектральной оценке.
The dspstreamingwelch модель, показанная ниже, использует блок Welch Spectrum Estimator, чтобы оценить спектр шумного щебета-сигнала, дискретизированного при 44100 Гц. Оценка спектра степени отображается с помощью Массива Plot возможностей. Пиковое значение спектра, а также частота, на которой происходит пик, обнаруживаются и отображаются на возможностях. Также отображается RBW оценки. Кроме того, блок Scope Analyzer включен в целях сравнения и валидации.
Метод частотного разрешения блока установлен в Window length. Длина окна устанавливается равной 1024. Длина БПФ, NFFT, равна длине окна. Данные окончаются с помощью окна Чебышева с ослаблением бокового колеса на 60 дБ. Частотная область значений является односторонним. В этом случае длина оценки спектра вычисляется
и вычисляется на интервале [0 Hz,22050 Гц]. Свойство Sample increment возможностей графика массивов соответственно установлено на,
где шаг делится на 1000, чтобы масштабировать частотные модули до кГц. Вы можете получить доступ к свойству Sample increment возможностей, открывая его окно Configuration properties.
Пропускная способность разрешения определяется:
где N - длина окна, enbw - функция, которая вычисляет эквивалентную шумовую полосу окна, SL - ослабление боковой оси выбранного окна Чебышева, а Fs - частота дискретизации. При этом RBW равна 65,38 Гц.
Когда вы моделируете модель, можно проверить, что отображаемое значение RBW равно значению, показанному на нижней панели Спектра Analyzer возможностей. Кроме того, два блока дают одинаковые пиковые измерения.
Модель в предыдущем разделе имела нулевое перекрытие. В dspstreamingwelch_overlap модель, мы используем блок Welch Estimation с перекрытием 50%. Поскольку другие параметры модели идентичны предыдущему разделу, RBW неизменен и равен 65,38 Гц. При длине окна 1024 и проценте перекрытия 50% для формирования нового сегмента данных требуются 512 входных выборок. Поскольку входные данные имеют длину 1024, каждая новая система координат данных приводит к двум новым периодограммам, и выходной порт блока запускается со скоростью в два раза быстрее, чем входной порт.
Обратите внимание, что блок оценки Welch не имеет нулевой задержки в этом случае. Выход первой оценки спектра основан на начальном условии буфера, которое равно eps. В порядок, чтобы соответствовать спектру и измерениям возможностей Spectrum Analyzer, мы вставляем блок задержки на вход Spectrum Analyzer.
Результаты блока Spectrum Analyzer и Welch estimate могут быть подтверждены путем моделирования модели.
В dspstreamingwelch_rbw модель, параметр Frequency Resolution Method установлен в RBW. Источник RBW - Auto.В этом режиме, подобном блоку scope Analyzer, ширина полосы разрешения выбрана такой, чтобы было 1024 интервала RBW на заданной частоте Span.Поскольку диапазон в этом случае составляет 22050 Гц, RBW составляет 21,53 Гц.
Длину окна, используемую для буферизации данных, итерационно вычисляют для получения желаемого RBW. Длина окна в этом случае равна 3073. Чтобы проверить это значение, мы можем вычислить RBW, который является результатом этой длины окна:
Обратите внимание, что в этой модели используется окно Ханна. В этом случае длина БПФ, NFFT, нечетна и равна 3073 (длина окна). Поскольку частотная область значений является односторонним, оценка спектра имеет длину (NFFT + 1 )/2 и вычисляется в течение интервала [0,44100/2). Свойство шаг возможностей График установлено на
кГц.
Снова, результаты блока Spectrum Analyzer и Welch estimate могут быть подтверждены путем симуляции модели.
[1] Hayes, Monson H. Statistical Digital Signal Processing and Modeling Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, 1996.
